Meteoriitti paljasti - tulivuoria oli ennen planeettoja

Kuva meteoriitista. (ASU Center for Meteorite Studies)

Aurinkokunnan alkuvaiheista on tehty uusi erikoinen löytö. Tutkijat huomasivat poikkeuksellisen vanhan meteoriitin olevan vulkaanista alkuperää. Kivi osoittaa, että tulivuoria saattoi kehittyä jo melko pienillä kappaleilla, kauan ennen planeettojen syntyä.

Muutama vuosi sitten tuntematon meteoriittien etsijä löysi 453-grammaisen epätavallisen kiven hiekkadyyniltä Mauritaniasta. Vuonna 2017 se myytiin alueella käyneelle tutkijalle, ja on nyt nimetty tunnuksella NWA 11119. (Sivukommentti: Se on siis järjestyksessä 11119. Luoteis-Afrikasta (North-West Africa) löydetty ja nimetty meteoriitti.)

Kivi on meteoriitiksi epätavallisen näköinen. Pinnan sulamiskuori on oliivinvihreä ja sisempi aines vaaleampaa kuin useimmissa meteoriiteissa. Kiveä täplittävät kauniin vihreät pyrokseenikiteet.

Varsinaisesti meteoriitin tekee kuitenkin erikoiseksi kaksi asiaa: sen ikä ja kivilaji. Kumpikaan ei yksinään ole kovin erikoinen asia, mutta yhdessä ne kertovat jotain ennenkuulumatonta aivan Aurinkokunnan alkuajoista.

Tutkimus aiheesta julkaistiin Nature Communications -julkaisusarjassa.

Kumpi oli ensin - tulivuori vai planeetta?

Noin 4,6 miljardia vuotta sitten Aurinkokuntamme alkoi muotoutua (tähtitieteellisesti) pienen pöly- ja kaasupilven tiivistyessä. Sen keskelle syttyi Aurinko. Ympäröivä aines painui pyöriväksi kiekoksi, jossa pöly ja ainemuruset takertuivat ja törmäilivat toisiinsa, synnyttäen aina vain suurempia kappaleita, jotka jatkoivat edelleen yhdistymisiään. Syntyi kilometrisiä "planetesimaaleja", niistä edelleen protoplaneettoja, ja lopulta planeettoja.

Sama prosessi jatkuu yhä. Kaikkein viimeisimpiä planeettojen kokoa kasvattavia hitusia ovat niiden pinnalle putoavat meteoriitit. Nyt me vain satumme olemaan täällä, tulkitsemassa hitusten mukana tulevaa tietoa muinaisesta maailmasta.

Analyysien mukaan NWA 11119 on 4,5651–4,5645 miljardin vuoden ikäinen. Se siis syntyi kymmeniä tai satoja miljoonia vuosia ennen Maata tai muita planeettoja ja edustaa näin Aurinkokunnan vanhimpia aineksia. (Sivukommentti: Se ei kuitenkaan ole juuri se kaikkein vanhin löydetty meteoriitti. Tuo titteli on tällä haavaa NWA 2364:llä, josta on mitattu vielä 3–4 miljoonaa vuotta NWA 11119:kin vanhempia ikiä.)

Monet NWA 11119:n ominaisuudet kertovat sen olevan selkeästi vulkaanista alkuperää. Kolmannes kivestä on tridymiittia, kvartsin kaltaista suuressa lämpötilassa syntyvää silikaattimineraalia. Vastaavia osuuksia tridymiittiä on tähän mennessä löydetty ainoastaan joistain Maan vulkaanisista kivistä. Kiveä täplittävä pyrokseeni taas syntyy kiteytymällä sulasta magmasta paineen pienentyessä. Kivessä on lisäksi paljon merkkejä nopeasta jäähtymisestä, mistä voi päätellä kiven päätyneen vauhdilla hyvin kuumasta hyvin kylmään. Tärkeintä kuitenkin on meteoriitin kivilaji, andesiitti.

Andesiittia syntyy tiettävästi ainoastaan monimutkaisten geologisten prosessien myötä. Emokappaleen täytyy ensinnäkin olla varsin pitkälle "differentioitunut" eli erottunut: raskaat aineet ovat vajonneet sen sisällä syvemmälle samalla kun kevyemmät aineet kelluvat pinnalla. Myöhemmin raskaamman syväaineksen täytyy nousta sulana pintaan paineen vaikutuksesta, ja matkalla osan siitä pitää kiteytyä. Magman tulee myös pystyä sulattamaan päällä olevaa silikaattista kevyttä materiaa, minkä jälkeen kivisulien tulee sekoittua, ennen pinnalle purkautumista.

Maapallolla andesiittia löytyy etenkin saarikaarten tulivuorista. Merellisen basalttisen laatan painuessa mantereisen alle se sulaa, ja magma alkaa nousta ylöspäin. Pinnalle syntyy tulivuoria, joista joistain purkautuu andesiittista laavasekoitusta.

Videolla pyöritellään palasta tutkittua meteoriittia.

Andesiittia on toistaiseksi löydetty lähinnä Maasta. Lisäksi siitä on löydetty viitteitä ainakin Marsista. Kivilajin on pitkään oletettu syntyvän vain varsin suurilla ja pitkälle kehittyneillä planeetoilla, ehkä protoplaneetoillakin

Muinaista andesiittia on kuitenkin löydetty myös meteoriiteista aiemminkin, mutta nuo kivet ovat olleet selvästi NWA 11119:ä nuorempia. Niiden emo(proto)planeetoilla oli 40 miljoonaa vuotta enemmän aikaa kasvaa ja differentioitua.

NWA 11119 on nyt kaikkein vanhin tunnettu magmakivestä koostuva meteoriitti - tai magmakivi ylipäätään. Sen materia on siis alunperin purkautunut sulana jonkin suurehkon emo(proto)planeetan syvemmistä kerroksista pinnalle. Oletetun syntyprosessin mukaan emon aines myös lieni varsin pitkälle erottunutta. Toistaiseksi ei kuitenkaan ymmärretä, kuinka riittävän suuria protoplaneettoja olisi vielä ehtinyt syntyä vain muutaman miljoonan vuoden ikäisessä Aurinkokunnassa.

Nyt tehty löytö joko työntää Aurinkokunnan syntyä hieman taaksepäin, tai antaa aiheen pohtia voisiko andesiittia syntyä muutoinkin kuin vain suurilla pitkälle kehittyneillä (proto)planeetoilla.

NWA 11119 lieneekin siis peräisin joltain aiemmin tuntemattomalta emokappaleelta, minkä kokoinen se sitten olikin - planetesimaali, protoplaneetta tai jotain muuta. Suurin osa tuosta kappaleesta on luultavasti käytetty jonkin planeetan rakennusaineeksi, tai sitten se on levinnyt avaruuteen suuren törmäyksen ansiosta. (Sivukommentti: Happi-isotoopianalyysin myös meteoriitit NWA 7235 ja Almahata Sitta saattavat olla peräisin samalta kappaleelta. Jos näin oli, ne ovat kuitenkin peräisin täysin eri alueelta sen pinnalla.)

"Tämä tutkimus on avain siihen, kuinka planeettojen rakennuspalikat muodostuivat. Olemme nyt löytäneet periaatteessa puuttuvan palasen palapeliimme. Siitä näkee, että tuliperäiset prosessit toimivat pienten masuunien tavoin ja prosessoivat suuren osan Aurinkokunnan kiinteistä aineista. Lopulta se johti planeettojenkin syntymiseen", summaa tutkimuksessa mukana ollut, Uuden Meksikon yliopiston meteoriitti-instituutin johtaja Carl Agee.

Löydön myötä vaikuttaa siltä, että vulkanismi (ja raskaiden ja kevyiden aineiden erottuminen) saattoikin käynnistyä jo paljon aiemmin ja paljon pienemmillä kappaleilla kuin on aiemmin oletettu. Kauan ennen kuin ne planeetan kokoisia kappaleita muodostui.

Lähteet: Srinivasan ja kumpp.: Silica-rich volcanism in the early solar system dated at 4.565 Ga (Nature Communications 2018); Arizonan valtionyliopiston tiedote.

Aloituskuva: ASU Center for Meteorite Studies